2.1 연구 방법

통합대기환경지수를 외출 전에 알려주는 것이 대기오염으로 인한 피해를 최소화할 수 있어 효율적이다. 본 논문은 IoT 조명을 통하여 시각적인 방법으로 더 효율적으로 각인시키고 환경부에서 제시하는 행동지침을 실행하도록 하는 것을 목적으로 한다. 보통일 경우 노약자는 실외활동을 자제하여야 한다. 나쁨일 경우 노약자 및 환자에게 실외활동 자제를 권고하며 일반군도 장시간 활동을 자제하여야 한다. 매우 나쁨일 경우 실외활동을 제한하고 실내생활을 권고한다. 이러한 환경부의 행동지침을 실행하기 위해 조명을 현관이나 창틀에 설치하여 참고할 수 있도록 하였다.

Fig. 2는 서울의 실시간 통합대기환경지수를 조명으로 알려주는 순서도이다. Open API(Open Application Programming Interface)는 누구나 무료로 사용할 수 있도록 정보를 공개한 인터페이스이다. Open API 요청에 필요한 인증키를 발급받고 IoT 조명인 Philips Hue와 연결한 후 input 값으로 인증키, 사용하고자 하는 권역명 및 측정소명, Hue Bridge의 IP-주소를 입력하여야 한다. 모두 입력한 후 실행하면 권역별 실시간 통합대기환경지수가 로드되어 지숫값에 따라 50 이하일 때 blue, 51 이상 100 이하일 때 green, 101 이상 250 이하일 때 yellow, 그 외엔 red로 설정하였다. 조명색이 Red일 경우 5초 간격으로 깜빡이게 하여 위험 및 경고의 의미를 주었다. 통합대기환경지수는 2분마다 새로 업데이트하도록 설정하였다. 또한 웹페이지가 생성되는 코드를 작성하여 알고자 하는 곳의 권역명과 측정소명을 입력하면 화면에 지숫값이 나오게 하고 동시에 조명과 연동되어 조명색이 변하도록 하였다.

Fig. 2. Flowchart of light color changes according to real-time CAI

2.2 통합대기환경지수 수신

Open API는 Java, JavaScript, Python, Node. JS 등을 활용하여 정보를 사용할 수 있다. 본 논문에서는 Python 언어를 사용하여 코드를 작성하였다. 서울시 권역별 실시간 대기환경 현황 데이터에는 6가지의 대기오염물질의 수치, 통합대기환경지수 및 등급, 지수 결정물질이 있으며 그중 통합대기환경지수의 정보만 출력하도록 하였다^[3].

정보를 받기 위해서 Open API에서 발급한 인증키, 요청 파일 타입, 서비스명 등을 입력해야 한다. Table 1은 코드를 사용하기 위해서 입력해야 하는 요청 인자 변수와 그에 따른 출력값이다. Table 2는 서울에 있는 25개의 측정소의 권역명 및 측정소명이다.

2.3 IoT 조명 연동

IoT 시스템은 운송, 자동차, 스마트 시티, 스마트 홈 등 연구가 활발하게 이루어지고 있다^[4]. 본 논문에서는 스마트 홈 분야에서 조명 제어 네트워크를 구축하였다. IoT 디바이스인 Philips Hue 조명을 이용하여 사용자의 애플리케이션과 연동시키고 조명 제어가 가능한 인터페이스를 만들었다.

Fig. 3은 사용자의 애플리케이션, Philips Hue 조명, Hue Bridge가 연동되는 원리를 그림으로 나타낸 것이다. Hue Bridge는 Zigbee 통신을 통해 인터넷에 접속하고 Philips Hue 조명 등 여러 가지의 기기를 안정적으로 연동시켜주는 허브 역할을 한다. Zigbee 통신은 근거리 무선통신기술로 저전력이며 설치가 쉬워 스마트홈에 사용된다.

Hue Bridge를 통하여 애플리케이션, Philips Hue를 연결하기 위해 애플리케이션을 사용할 기기를 Hue Bridge에 연결한 Wi-fi와 동일한 네트워크에 연결해야 한다. 애플리케이션에 Hue Bridge IP-주소를 입력하고 Hue Bridge의 버튼을 누르면 애플리케이션과 Hue Bridge가 연동된다. 그 후 조명의 고유 번호를 입력하거나 블루투스 통신을 통해 애플리케이션과 Philips Hue 조명을 연동시킬 수 있다. 여러 개의 Philips Hue 조명을 사용하는 경우 각각의 조명을 필요에 따라 다르게 설정하여 제어할 수 있으며 조명의 설치 위치를 입력하여 혼동을 막을 수 있다.

Philips Hue 조명에는 전구, Light strip, 테이블 램프, 플로어 램프 등이 있다. 본 논문에서는 그중 Light strip Plus를 사용하였다. LED가 내장된 조명으로 실리콘으로 만들어져 공간에 맞게 구부릴 수 있고 길이를 절단하거나 연장할 수 있다.

Fig. 3. User’s application, Philips Hue lighting, and Hue Bridge interworking

2.4 IoT 조명 설정

통합대기환경지수는 ‘좋음’일 때 blue, ‘보통’일 때 green, ‘나쁨’일 때 yellow, ‘매우 나쁨’일 때 red로 나타내고 있다. 각각의 RGB 코드는 0000FF, 00FF00, FFFF00, FF0000이다.

CIE 표색계에는 RGB 표색계와 XYZ 표색계가 있으며 RGB 표색계가 표준이다. XYZ 표색계는 RGB 표색계를 수학적으로 변환한 것이고 xy 색도도는 CIE 표색계를 2차원으로 나타낸 것으로 가시영역의 색이다^[5].

식 (1)～(3)은 RGB 표색계와 XYZ 표색계 사이의 관계식이고 식 (4)～(5)는 XYZ 표색계와 xy 색도도 사이의 관계식이다. 식 (1)～(5)를 통하여 RGB 코드를 xy 색도도로 변환하였다. 그 결과 blue는 0.1666, 0.0089, green은 0.2738, 0.7174, yellow는 0.4446, 0.5498, red는 0.7347, 0.2653의 값을 얻었다. Table 3는 RGB에 따른 xy 색도 좌표를 나타낸 표이며 Fig. 4는 좋음, 보통, 나쁨, 매우 나쁨의 xy 색도 좌표를 CIE 1931 다이어그램에 나타낸 것이다.

조명의 초기 밝기는 100으로 설정하였고 조명과 연동된 사용자의 애플리케이션을 통해 밝기를 조절할 수 있다. 본 논문에서는 2분마다 통합대기환경지수를 업데이트하도록 설정하였다. Open API는 한 번에 최대 1,000건을 요청할 수 있다. 따라서 1,000건 이상 요청 시에 코드를 재실행해야 한다. 이러한 제약이 없이 사용하기 위해서는 서울 열린 데이터 광장에 있는 활용사례에 인증키 및 콘텐츠를 등록해야 한다.

Blue는 순수함, green은 생명력을 연상시키는 색상으로 대기질이 인체에 해를 끼치지 않는 좋음과 보통일 때 사용하도록 한 것으로 판단된다. Yellow는 행복, 경쾌함의 이미지를 연상시키지만 사람이 가장 밝게 인식하는 색으로 주목성이 높아 주로 경고의 의미로 사용되어 대기질이 나쁨일 때 사용한 것으로 판단된다^[6]. Red는 열정, 위험, 활력 등을 떠올리는 색상이다. Red 조명이 켜지기만 했을 때보다 깜빡일 때 더 강한 경고를 주며, 깜빡임 속도가 빠를수록 높은 각성을 준다. 따라서 인체에 매우 나쁨일　때 5초마다 조명이 깜빡이게 하여 효과적으로 대기질을 전달하여 피해를 예방할 수 있게 하였다^[7].

Fig. 4. CIE 1931 diagram

2.5 웹페이지 생성

Fig. 5는 코드를 실행한 결과로 실시간 통합대기환경지수를 검색할 수 있는 웹페이지이다. 알고자 하는 곳의 권역명과 측정소명을 입력하고 ‘Check Air Quality’를 누르면 해당 지역의 통합대기환경지수의 등급과 값이 화면에 로드되고 조명이 켜진다. 또한 웹페이지에 권역명 및 측정소명을 기재하여 정확하게 입력할 수 있도록 하였다.

Fig. 5. Real-time CAI search web page